El sistema métrico es hijo de la Revolución Francesa. En 1790, la Asamblea Nacional de Francia, le solicita a la Academia Nacional de Ciencias que elabore un nuevo sistema de pesas y medidas, que nacería bajo la consigna “Para todos los tiempos, para todos los pueblos”. Es un reclamo que tiene cierta urgencia, ya que la falta de estándares de medición era fuente de abuso y arbitrariedades por parte de los señores feudales. Era una forma de explotación que dificultaba, además, el comercio entre regiones.
Por otra parte, la mayor parte de los sistemas de medición eran de origen antropomórfico (el pie, la pulgada, el codo, la braza) y en caso de disputa, había que elegir de quién sería el pulgar (o el pie o el brazo) utilizado como referencia. Y ahí aparecían los reyes o sus estatuas. Una referencia inadmisible para los revolucionarios de aquellos tiempos.
Tomaron la decisión de definir el metro como “la diezmillonésima parte de un cuarto del meridiano terrestre”, es decir la distancia entre el polo Norte y el Ecuador dividida 10.000.000. Puede sonar extraño, pero la cartografía era una ciencia exquisitamente desarrollada en Francia y quisieron hacer una medición espectacular para celebrar que la unidad de medida dejaba de estar basada en una persona y pasaba a estar vinculada a un fenómeno natural: el tamaño de nuestro planeta.
La medición se hizo a lo largo del mayor meridiano que está contenido en Francia: desde la ciudad de Dunkerke, pasando por París y llegando a Barcelona, lo que le daba a esta aventura cierta proyección internacional.
Lo cierto es que no fue nada fácil de hacer por el contexto político: la guerra contra España y que a Robespierre se le ocurre guillotinar a todos los recaudadores de impuestos del Rey, entre los que se encontraba Lavoisier, el presidente de la Academia Nacional de Ciencias.
El metro es una regla
Pero aún así en 1795 se logra estimar el metro según la definición del meridiano, con un error de una décima de milímetro. Como medición cartográfica es una verdadera proeza. Pero nadie sabe cuánto mide un metro hasta que en 1799 se fabrican 6 reglas que harán de patrones para hacer todas las demás medidas.
Las reglas están muy bien hechas pero enseguida se dan cuenta de que las rayas se pueden trazar con un error de apenas una centésima de milímetro. Si puedo hacer un patrón que es mejor que la misma definición del metro, ¿por qué no usar el patrón como definición del metro ? Y eso fue lo que se hizo. Pero al hacerlo, el metro pasó a ser el largo de la regla de referencia y perdimos la definición originada en la naturaleza.
Por eso el metro necesitó mucha política. Europa adopta el metro porque Napoleón va a realizar sus campañas con la espada y el metro. Los ingleses no lo adoptaron porque ganaron Waterloo.
En 1875, 17 países participan de la Comisión Internacional del Metro y se llevan copia de los mejores patrones hechos en aleaciones de Platino-Iridio. Una regla y una pesa, que representan un metro y un kilo.
La Argentina es uno de los países firmantes de esa primera comisión internacional.
Las nuevas olas
En 1960 se enciende por primera vez un láser y las novelas de ciencia ficción se llenan de ellos. También los laboratorios, de manera que se les ocurre hacer interferencia de la luz para definir el metro como 1.659.763,73 longitudes de ondas de cierta luz que emite el Kriptón. Malos tiempos para Súperman.
Lo lindo de esta rara y efímera definición es que con ella se acabaron las referencias utilizando reglas ‘oficiales’ y volvimos a algo que está en la naturaleza: dadme un átomo de Kriptón (y algo de equipamiento) y te diré cuán largo es un metro.
El metro luz
La solución era simple y elegante, pero también tiene error (una milésima de micrón) y por más que sea un error insignificante, hay una magnitud que tiene errores aún menores: la medición del tiempo utilizando los relojes atómicos.
Es tan buena esa medición, que es mejor usar eso como referencia y definir un metro como “la distancia que recorre la luz en 1/299.792.458 segundos”.
Esta definición tiene dos consecuencias que lo dejan a uno rascándose la cabeza:
1) el metro no es más una unidad fundamental del sistema, sino que es una unidad derivada del segundo.
2) con esa definición, la velocidad de la luz siempre será de 299.792.458 m/s. Con lo que nunca más hará falta medirla.
La velocidad de la luz es una de las constantes más constantes, queridas y universales de la física moderna, de manera que fijarla por decreto o al menos basar nuestras medidas en su valor, es ciertamente reconfortante, aunque reconozco que es algo extravagante.
El gran K
Muchas otras unidades fueron acomodándose a esquemas similares, pero la que más se ha resistido es la unidad de peso. La referencia, hasta el mes pasado, seguía siendo esa pesa de Platino-Iridio de 1875 llamada por todos “the big K”. Y eso tenía un montón de problemas.
Entre ellos, resulta que la polución ambiental se deposita sobre la pesa y... ¡pesa más! Entonces uno trata de limpiarla periódicamente, pero al hacerlo también le voy sacando masa junto con la suciedad, y ... ¡pesa menos!
Se puso mucho esfuerzo en definir con alguna medida natural al nuevo kilogramo. Se desarrollaron entonces dos métodos, uno más raro que el otro. El primero consistía en contar el número de átomos de una esfera de Silicio, y el otro, en pesar el patrón en una balanza que estuviera equilibrada por fuerzas electromagnéticas.
Para implementar el primer método había que hacer una esfera tan perfecta como fuera posible de un monocristal de Silicio. Conociendo con enorme precisión la forma de la esfera y midiendo el espaciamiento atómico con rayos X, se puede estimar cuántos átomos hay bastante bien (aunque cuesta mucho trabajo).
Por otra parte, para calibrar la balanza de Watt necesito conocer muy bien la constante de Plank (otra constante mimada de la física moderna).
El consenso de la comunidad científica fue: cuando ambos métodos den lo mismo con nueve decimales iguales, vamos a usar la balanza de Watt, pero el valor de la constante de Plank quedará fijo por definición, como le pasó a la velocidad de la luz con el metro.
Las medidas de hoy
Y eso se ha logrado este año. Sonarán las trompetas que fijan la constante de Plank y guardaremos al cilindrito de Platino-Iridio (el gran K) en un museo.
En este último cambio quedarán fijados además el Número de Avogadro, la constante de Boltzmann y la carga del electrón. Ya no habrá otras referencias que no sean naturales. Necesitaremos unos átomos (y mucha plata) para calibrar nuestras balanzas y el instrumental. El ideal del Siglo de las Luces ha sido finalmente consumado.
¿Y el kilo de pan en qué cambió?
Nada de nada cambió para los usos cotidianos. La medición en la panadería tiene un error de unos gramos por kilo, muy por encima que lo que están definiendo los nuevos métodos. Sólo afectará las mediciones cosmológicas, las de los laboratorios de física atómica, láseres y cosas parecidas.
Si bien son mediciones naturales que ‘cualquiera’ puede hacer para constatar con los patrones, lo de ‘cualquiera’ va con comillas porque hace falta conocimiento, equipamiento y financiación para que esto se pueda hacer.
Allá por el año 2003 en la Argentina se promulga la Ley Nacional de Metrología que designa al INTI como el organismo oficial responsable de las actividades de metrología legal. Este organismo está siendo reestructurado y está perdiendo funciones en este área.
El nuevo metro fue un acto del Estado para regular y proteger a los ciudadanos de las arbitrariedades de los señores feudales.
En estos días hay mucha presión para que dejemos de hacerlo. Ojalá las nuevas medidas sean “para todos los tiempos y para todos los pueblos”.
De nosotros depende.
Nueva definición
1 kg
saldrá de una definición basada en la constante de Planck, una de las ecuaciones más célebres y complejas.
Publicado en Diario "Río Negro", 15 de noviembre de 2018.
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